[go: up one dir, main page]

JP2004009601A - Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same - Google Patents

Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004009601A
JP2004009601A JP2002167452A JP2002167452A JP2004009601A JP 2004009601 A JP2004009601 A JP 2004009601A JP 2002167452 A JP2002167452 A JP 2002167452A JP 2002167452 A JP2002167452 A JP 2002167452A JP 2004009601 A JP2004009601 A JP 2004009601A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
preform
laminate
thermoplastic resin
shape
shaping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002167452A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Koyama
小山 広幸
Ryuta Kamiya
神谷 隆太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2002167452A priority Critical patent/JP2004009601A/en
Publication of JP2004009601A publication Critical patent/JP2004009601A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

【課題】得られるFRPの強度低下を十分防止でき、整形が容易で、整形後は形状を保持できるFRP用プリフォーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、強化繊維3aで作られたシート部3を積層した積層体4に対し、熱可塑性樹脂5を含む複数のビーム8を貫通させた後、加熱溶融し積層体4を整形するプリフォーム2の製法である。この場合、整形後の積層体の形状保持に適した熱可塑性樹脂量はビーム8で自在に調整できる。従って、ビーム8を積層体4に貫通し加熱溶融することで、作業者の熟練度に関係なく熱可塑性樹脂を過不足無く積層体4中に含浸できる。またビーム8の溶融、硬化は熱のみで管理されるため、ビーム8の溶融後、任意のタイミングで積層体4を整形でき、整形後は、硬化した熱可塑性樹脂により整形時の積層体4の形状が保持される。
【選択図】 図2
An object of the present invention is to provide a preform for FRP which can sufficiently prevent a decrease in strength of an obtained FRP, can be easily shaped, and can maintain a shape after shaping, and a method for manufacturing the same.
According to the present invention, a plurality of beams including a thermoplastic resin are passed through a laminated body in which a sheet portion made of reinforcing fibers is laminated, and then the laminated body is heated and melted. This is a manufacturing method of the preform 2 to be shaped. In this case, the beam 8 can freely adjust the amount of the thermoplastic resin suitable for maintaining the shape of the laminated body after shaping. Therefore, by penetrating the beam 8 into the laminate 4 and melting it by heating, the laminate 4 can be impregnated with the thermoplastic resin regardless of the skill level of the operator without excess or shortage. Further, since the melting and curing of the beam 8 is controlled only by heat, the laminated body 4 can be shaped at an arbitrary timing after the melting of the beam 8, and after shaping, the laminated body 4 at the time of shaping is formed by the cured thermoplastic resin. The shape is retained.
[Selection] Fig. 2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforcement Plastic)を製造する時に補強材として使用されるFRP用プリフォーム及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
繊維強化プラスチック(以下、「FRP」と言う)は、プラスチック中に強化繊維を導入することによりプラスチックの機械的強度を補強するものであり、軽量性、耐衝撃性等の利点を備えていることから、航空機、自動車等、種々の分野で用いられている。
【0003】
このようなFRPの製造方法として、プリフォームを型の中に入れ、型の内部を減圧して樹脂を注入する樹脂トランスファー成形(RTM:Resin Transfer Molding)法がよく知られている。
【0004】
このようなRTM法に用いられるプリフォームは、FRPを製造する時の補強材として使用されるものであり、このプリフォームの作製方法として、従来、複数枚のシート状の強化繊維体(ドライ強化繊維体)を積層した積層体を、少量の糊剤を付与しながら貼り合わせ、真空バッグなどを用いて加圧することにより積層体を整形してプリフォームを作製する方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のプリフォームの製造方法は、以下に示す課題を有していた。
【0006】
すなわち上記製造方法においては、糊剤として通常、ゴム系のエマルジョンを用いており、糊剤を付与する際には、積層体に対し糊剤をスプレー状に吹き付ける。このため、作業者の熟練度によって糊剤の塗布量が異なり、次のような問題を生じていた。
【0007】
すなわち塗布量が過剰になると、マトリクスとなる熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、熱硬化性樹脂の硬化収縮が大きい場合には糊剤の部分に割れが生じ、得られるFRP製品の機械的強度が低下するおそれがある。一方、塗布量が少ないと、強化繊維体の積層体を所望の形状に整形しても、積層体が元の形状に戻ってしまい、その形状を保持することが困難となる。
【0008】
また、糊剤を強化繊維体の積層体に吹き付けると、糊剤は通常、揮発性の高い分散溶媒を使用するため、数分で硬化してしまう。このため、糊剤塗布後、短時間で積層体の整形を行わなければ、積層体を所望の形状に整形することが困難であるという問題もあった。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、得られるFRP製品の機械的強度の低下を十分防止でき、プリフォームを容易に整形でき、整形後の形状を保持できるFRP用プリフォームの製造方法及びFRP用プリフォームを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、強化繊維で作られた複数のシート部を含み且つ前記複数のシート部が積層されている積層体に対し、熱可塑性樹脂を含む複数本のビームを貫通させるビーム貫通工程と、前記ビームを加熱して溶融させる溶融工程と、前記積層体を整形する整形工程とを含むことを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、ビームが加熱により溶融されると、熱可塑性樹脂が積層体中に含浸される。このとき、整形後の積層体の形状を保持するのに適した熱可塑性樹脂の量は、ビーム1本あたりに含まれる熱可塑性樹脂の量及びビームの本数により調整することが可能である。従って、本発明のようにビームを積層体に貫通して加熱溶融することで、作業者の熟練度に関係なく、しかも熱可塑性樹脂を過不足無く積層体中に含浸させることが可能となる。またビームの溶融及び硬化は、与えられる熱によって管理されるため、ビームは、熱を与えていれば硬化せずに溶融した状態を維持する。このため、熱を与えていれば、整形前に熱可塑性樹脂が硬化することはなく、ビームの溶融後、任意のタイミングで積層体の整形を行うことが可能となる。そして整形を行った後は、熱可塑性樹脂の冷却により熱可塑性樹脂が硬化し、硬化した熱可塑性樹脂により、整形時の積層体の形状が保持される。また積層体中に、硬化収縮の小さい熱可塑性樹脂が含浸されるため、プリフォームに硬化収縮の大きな熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、その樹脂割れの発生が十分に防止され、FRP製品の機械的強度の低下を十分に防止できる。
【0012】
上記製造方法においては、ビームが、その延び方向に沿った強化繊維を更に含むことが好ましい。
【0013】
この場合、ビームを積層体に貫通させることにより強化繊維が積層体に対して三次元的に容易に編み込まれる。従って、プリフォームについて三次元補強効果が得られる。
【0014】
また本発明は、上記製造方法により製造されるFRP用プリフォームである。このFRP用プリフォームにおいては、積層体中に空隙部が硬化収縮の小さい熱可塑性樹脂で埋められるため、プリフォームに熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、その樹脂割れの発生が十分に防止され、FRP製品の機械的強度の低下を十分に防止できる。またプリフォームに含まれる熱可塑性樹脂の溶融及び硬化は、与えられる熱のみによって管理される。従って、一度プリフォームを作製した後、必要に応じて何度でもプリフォームの形状を変更できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明に係るFRP用プリフォームの一実施形態を概略的に示す部分断面図である。図1に示すように、FRP用プリフォーム(以下、単に「プリフォーム」と言う)2は積層体4を備えており、積層体4は、複数のシート部3を積層することにより構成されている。
【0017】
各シート部3は、プリフォーム2の基本骨格を形成するものであり、強化繊維3aで作られている。シート部3は、強化繊維3aを、例えば平織り、あや織りすることにより作られている。強化繊維3aは、ガラス、カーボン、アラミド繊維等、通常のFRPを構成する繊維で構成されている。
【0018】
プリフォーム2においては、硬化した熱可塑性樹脂5が含まれている。熱可塑性樹脂5は、隣接するシート部3同士を接着すると共に、積層体4の形状を所定形状に保持する糊剤として機能している。
【0019】
熱可塑性樹脂5は、上記機能を有するものであれば特に制限されないが、熱可塑性樹脂5としては、ナイロン(PA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエーテルイミド(PEI)等の結晶化度が低く且つエポキシ樹脂等のFRPのマトリクス樹脂と親和性の高い樹脂が好ましい。
【0020】
このプリフォーム2においては、積層体4中に、硬化収縮の小さい熱可塑性樹脂5が含浸されているため、プリフォーム2に硬化収縮の大きい熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、樹脂割れの発生が十分に防止され、FRP製品の機械的強度の低下を十分に防止できる。また熱可塑性樹脂5の溶融と硬化は、熱のみによって自在に調整できる。従って、一度プリフォーム2を作製した後でも、加熱によりプリフォーム2の形状を変更でき、冷却によりその変更後の形状を保持できる。このため、例えばプリフォーム2の輸送時に万一形状が崩れたとしても、プリフォーム2の加熱冷却により元の形状に復元することができる。
【0021】
次に、上述したプリフォーム2の製造方法について説明する。
【0022】
図2に示すように、まず複数の穴6aが形成されたプレート6を用意する。そして、プレート6の上に、強化繊維で作られた複数のシート部3を積層し、プレート6上に積層体4を形成する。
【0023】
次に、複数本の中空状のニードル7を積層体4に対して垂直に射し込み、その先端がプレート6の穴6aに入り込むまで押し込み、こうしてニードル7を積層体4に貫通させる。
【0024】
ここで、複数本のニードル7は、プレートの一面に固定されていることが好ましい。この場合、複数本のニードル7を一括して積層体4に貫通させることができ、複数本のニードル7を1本ずつ積層体4に貫通させる場合に比べてニードル7の貫通作業を効率よく行うことができる。
【0025】
次に、熱可塑性樹脂からなるビーム8を積層体4に貫通させる。この場合、ビーム8をニードル7の内部に挿入することにより、積層体4に複数本のビーム8を貫通させる。ここで、積層体4に貫通させるビーム8の本数は、ビーム1本あたりに含まれる熱可塑性樹脂の量と、積層体4の形状を所定形状に保持するのに適した熱可塑性樹脂の総量によって決定される。従って、作業者の熟練度に関係なく、しかも熱可塑性樹脂を過不足無く、積層体4中に含浸させることが可能となる。
【0026】
こうしてビーム8を積層体4に貫通させた後は、ニードル7を積層体4から引き抜く。これにより、図3に示すように、複数本のビーム8が積層体4を貫通した状態になる(ビーム貫通工程)。
【0027】
次に積層体4に、FRP製品の概略形状を与える。そのため、積層体4を簡易型、中子等の上に配置し、ビーム8が溶融せず軟化する温度に加温し、FRP製品の概略形状に腑形する。
【0028】
続いて、積層体4の全体にナイロンバッグ等を被せて積層体4を密封し、バッグ内を減圧しながらビーム8を加熱して溶融させる(溶融工程、整形工程)。これにより、バッグで積層体4を加圧して積層体4を所望の形状に整形する。
【0029】
このとき、熱可塑性樹脂は溶融状態にあるため、積層体4の整形を容易に行うことができる。ここで、ビーム8の溶融及び硬化は、与えられる熱のみによって管理されるため、ビーム8は、熱を与えてさえいれば硬化せずに溶融した状態を維持する。このため、ビーム8に熱を与えてさえいれば整形前に樹脂が硬化することはなく、ビーム8の溶融後、任意のタイミングで積層体4の整形を行うことが可能となる。
【0030】
整形を行った後は、熱可塑性樹脂の冷却により熱可塑性樹脂が硬化し、硬化した熱可塑性樹脂により、積層体4が整形時の形状で保持される。また積層体4中の空隙部が、硬化収縮の小さい熱可塑性樹脂で埋められるため、プリフォーム2にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、樹脂割れの発生が十分に防止され、FRP製品の機械的強度の低下を十分に防止できる。
【0031】
次に、本発明に係るプリフォームの製造方法の第2実施形態について説明する。
【0032】
本実施形態の製造方法は、ビーム8が、図4に示すように、その延び方向に沿った強化繊維9を更に含む点で第1実施形態の製造方法と相違する。この場合、積層体4にビーム8を貫通させることにより、強化繊維9が積層体4に対して三次元的に編み込まれる。
【0033】
従来は、プリフォームを作製する方法として、強化繊維を三次元的に編み込み、FRP製品の形状とほぼ同一の形状とする方法も知られており、この方法を実施するために大掛かりな専用設備と多大な製造時間を要していた。しかし、本実施形態のようにビーム8にその延び方向に沿った強化繊維9を含め且つビーム8を積層体4に貫通させることにより、強化繊維が積層体4に対し三次元的に編み込まれることになるため三次元的補強効果が得られる。またビーム8を熱可塑性樹脂の軟化温度まで加温すれば腑形性が良好となる。このため、従来の方法のように強化繊維を三次元的に編み込んでFRP製品とほぼ同一形状とする必要が無くなり、大掛かりな専用設備、多大な製造時間が必要でなくなる。
【0034】
また上記従来の方法では、繊維が三次元的に交絡するため、プリフォームにおいて、繊維が三次元的に交絡しない場合に比べて繊維間に大きな空隙部が形成される。そのため、プリフォームに熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を作製すると、熱硬化性樹脂の硬化収縮が大きい場合にはその部分に樹脂割れが生じ、機械的特性が低下するおそれがあった。しかし、本実施形態のようにビーム8を加熱溶融させることで、積層体4における繊維間の空隙部を熱可塑性樹脂で埋めることができるため、プリフォーム2に硬化収縮の大きな熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を作製しても、その製品強度に影響を与えるような樹脂割れの発生を十分に防止することができる。
【0035】
本発明は、前述した第1及び第2実施形態に限定されるものではない。例えば上記第1及び第2実施形態では、ビーム8を積層体4に貫通させるためにニードル7を使用しているが、ニードル7は、ビーム8の貫通を容易にするために使用したものであり、本発明のプリフォームの製造方法において必ずしも必要なものではない。従って、ビーム8を直接積層体4に貫通させてもよい。
【0036】
また上記実施形態では、積層体4に対して垂直にビーム8を貫通させているが、ビーム8が積層体4に貫通されればよく、従って、積層体4に対して斜めにビーム8を貫通させてもよい。
【0037】
更に上記実施形態では、ビーム8を加熱溶融すると同時に積層体4の整形を行っているが、ビーム8を加熱溶融した後に積層体4の整形を行ってもよい。
【0038】
また上記実施形態では、複数枚のシート部3を積層しているが、強化繊維で作られ複数のシート部を有する1つのシートを折り畳むことにより複数のシート部が積層されるようにしてもよい。
【0039】
更に上記実施形態では、プリフォーム2は、RTM法で作製されているが、プリフォーム2は、RTM法に限らず、積層体4にビーム8を貫通させた後、加熱したローラを用いて、ビーム8を溶融しながら整形するハンドレイアップ法などによって作製することができる。
【0040】
次に、本発明の内容を、実施例を用いてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら限定されるものではない。
【0041】
【実施例】
(実施例1)
まずカーボン繊維平織り(300mm×300mm)を20枚準備した。カーボン繊維平織りは、カーボン繊維としてT300 3Kを用い、折り目ピッチを約2mmとした。
【0042】
一方、内径2mm、深さ1mmの複数の下穴をあけた厚さ10mmの平板状の金属プレートを準備した。金属プレートにおいて、複数の下穴は格子状に形成し、下穴のピッチは20mmとした。
【0043】
そして、上記金属プレート上に、カーボン繊維平織りの積層体を配置した。
【0044】
またニードル付きプレートを準備した。ニードル付きプレートにおいては、複数の中空状ニードルをプレート上に格子状に配置し、ニードルのピッチを20mmとした。またニードルの外径は1.5mm、内径は1.1mmとした。このニードル付きプレートを、ニードルを積層体側に向け、ニードルを織り目(縦糸と横糸が交絡した部分)に射し込み、その先端が金属プレートの下穴に挿入されるまでニードル付きプレートを押し込んだ。
【0045】
一方、PA(ナイロン)原料を溶融した後、内径1mmの孔を有する複数のノズルより原料を押し出し、冷却して4mmに裁断し、PA製のビーム(φ1mm、長さ4mm)を得た。そして、このビームをニードルの中に挿入した後、ニードル付きプレートを積層体から取り外した。
【0046】
続いて、積層体に対し、予め230℃に加熱された金属製プレートを約1分間押し当ててビームを加熱溶融させた後、金属製プレートを外し、そのまま冷却し、プリフォーム原反を得た。
【0047】
このプリフォーム原反を所定形状のオス型に押し当て、アイロンで加熱、腑形させ、プリフォームを得た。このプリフォームを、1時間放置したところ、形状はほとんど変わらなかった。
【0048】
最後に、プリフォームを所定の金型に配置し、エポキシ樹脂を注入した後、加熱、硬化させ、所定形状のFRPを得た。このFRPについて機械的強度を測定したところ、機械的強度は、曲げ強度で880MPa、層間剪断強度で64MPaであり、ゴム系糊剤を塗布したものに比べると各々33%、41%向上した。尚、同機械的特性は、JIS規格(曲げ;JIS K 7074、層間剪断;JIS K 7078)に準拠した。
(実施例2)
PA繊維がコミングル(混織)された炭素繊維を、内径1mmの孔を有し230℃に加熱されたダイスを通して成形(プルトルージョン成形)し、これを4mmに裁断してビームを得た以外は、実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。このプリフォームを、実施例1と同様にして放置したところ、形状はほとんど変わらなかった。
【0049】
またこのプリフォームを用いて、実施例1と同様にして所定形状のFRPを作製した。そして、このFRPについて機械的強度としての衝撃後圧縮強度(CAI)を測定したところ、CAIは約400MPaであった。尚、衝撃後圧縮強度の測定は、SACMA SRM2に準拠した。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のFRP用プリフォームの製造方法によれば、ビームにより、整形後の積層体の形状を保持するのに適した熱可塑性樹脂の量を調整できるため、作業者の熟練度に関係なく、しかも熱可塑性樹脂を過不足無く積層体中に含浸させることが可能となる。従って、プリフォームに熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、樹脂割れの発生を十分に防止でき、機械的強度の低下を十分に防止できる。またビームの溶融及び硬化は熱のみによって管理されるため、ビームに熱を与えてさえいれば任意のタイミングでプリフォームの整形を行うことが可能となる。更に整形後は、熱可塑性樹脂は冷却により硬化するので、整形後、プリフォームを所望形状に保持することができる。
【0051】
また本発明のFRP用プリフォームによれば、積層体中に硬化収縮の小さい熱可塑性樹脂が含浸されているため、プリフォームに熱硬化性樹脂を注入してFRP製品を製造しても、樹脂割れの発生を十分に防止でき、機械的強度の低下を十分に防止できる。更にまた熱可塑性樹脂の粘度は加熱と冷却により自在に調整できる。従って、一度プリフォームを作製した後、必要に応じて何度でもプリフォームの形状を変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFRP用プリフォームの一例を示す部分断面図である。
【図2】本発明のFRP用プリフォームの製造方法の初期の工程を示す斜視図である。
【図3】ビームが積層体を貫通している状態を示す斜視図である。
【図4】ビームの他の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
2…プリフォーム、3…シート部、4…積層体、5…熱可塑性樹脂、8…ビーム、9…強化繊維。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a preform for a fiber reinforced plastic (FRP) used as a reinforcing material when producing a fiber reinforced plastic (FRP) and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Fiber-reinforced plastics (hereinafter referred to as "FRP") are intended to reinforce the mechanical strength of plastics by introducing reinforcing fibers into the plastics, and have advantages such as light weight and impact resistance. And are used in various fields such as aircraft and automobiles.
[0003]
As a method for producing such an FRP, a resin transfer molding (RTM) method in which a preform is placed in a mold, and the inside of the mold is depressurized and resin is injected is well known.
[0004]
A preform used in such an RTM method is used as a reinforcing material when manufacturing an FRP. As a method for producing the preform, conventionally, a plurality of sheet-like reinforcing fiber bodies (dry-reinforced fiber) have been used. There has been known a method of laminating a laminate obtained by laminating fibrous bodies) while applying a small amount of glue, and shaping the laminate by applying pressure using a vacuum bag or the like to produce a preform.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method for manufacturing a preform described above has the following problems.
[0006]
That is, in the above-mentioned production method, a rubber-based emulsion is usually used as the sizing agent, and when the sizing agent is applied, the sizing agent is sprayed on the laminate. For this reason, the amount of the paste applied varies depending on the skill of the operator, and the following problem has occurred.
[0007]
In other words, when the coating amount is excessive, even if a thermosetting resin serving as a matrix is injected to produce an FRP product, if the curing shrinkage of the thermosetting resin is large, cracks occur in the glue portion, which is obtained. The mechanical strength of the FRP product may be reduced. On the other hand, if the amount of application is small, even if the laminated body of the reinforcing fiber body is shaped into a desired shape, the laminated body returns to the original shape, and it becomes difficult to maintain that shape.
[0008]
Further, when the paste is sprayed on the reinforcing fiber laminate, the paste usually cures in several minutes because a highly volatile dispersion solvent is used. For this reason, there is also a problem that it is difficult to shape the laminate into a desired shape unless the laminate is shaped in a short time after applying the paste.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can sufficiently prevent a decrease in mechanical strength of an obtained FRP product, can easily shape a preform, and maintain a shape after shaping. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a preform for FRP.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a plurality of beams including a thermoplastic resin penetrating a laminate including a plurality of sheet portions made of reinforcing fibers and laminating the plurality of sheet portions. And a shaping step of shaping the laminate by heating and melting the beam.
[0011]
According to the present invention, when the beam is melted by heating, the thermoplastic resin is impregnated in the laminate. At this time, the amount of the thermoplastic resin suitable for maintaining the shape of the laminated body after shaping can be adjusted by the amount of the thermoplastic resin contained in one beam and the number of beams. Therefore, by passing the beam through the laminate and melting it by heating as in the present invention, it is possible to impregnate the laminate with the thermoplastic resin regardless of the skill level of the operator, and without excess or shortage. Further, since the melting and curing of the beam is controlled by the applied heat, the beam maintains a molten state without being cured when heat is applied. Therefore, if heat is applied, the thermoplastic resin does not harden before shaping, and it becomes possible to shape the laminate at an arbitrary timing after the beam is melted. After the shaping, the thermoplastic resin is hardened by cooling the thermoplastic resin, and the shape of the laminate at the time of shaping is maintained by the hardened thermoplastic resin. Further, since the laminate is impregnated with a thermoplastic resin having a small curing shrinkage, even if an FRP product is manufactured by injecting a thermosetting resin having a large curing shrinkage into a preform, the generation of the resin cracks is not sufficiently caused. Thus, a decrease in the mechanical strength of the FRP product can be sufficiently prevented.
[0012]
In the above manufacturing method, it is preferable that the beam further includes a reinforcing fiber along a direction in which the beam extends.
[0013]
In this case, the reinforcing fibers are easily knitted three-dimensionally into the laminate by passing the beam through the laminate. Therefore, a three-dimensional reinforcing effect can be obtained for the preform.
[0014]
Further, the present invention is a preform for FRP manufactured by the above manufacturing method. In this preform for FRP, the voids are filled in the laminate with a thermoplastic resin having a small curing shrinkage. Therefore, even if an FRP product is manufactured by injecting a thermosetting resin into the preform, cracking of the resin may occur. Occurrence is sufficiently prevented, and a decrease in the mechanical strength of the FRP product can be sufficiently prevented. The melting and curing of the thermoplastic resin contained in the preform is controlled only by the applied heat. Therefore, once the preform is manufactured, the shape of the preform can be changed as many times as necessary.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0016]
FIG. 1 is a partial sectional view schematically showing an embodiment of an FRP preform according to the present invention. As shown in FIG. 1, a preform for FRP (hereinafter simply referred to as “preform”) 2 includes a laminate 4, and the laminate 4 is configured by laminating a plurality of sheet parts 3. I have.
[0017]
Each sheet part 3 forms the basic skeleton of the preform 2 and is made of reinforcing fibers 3a. The sheet portion 3 is made by, for example, plain weaving or twill weaving of the reinforcing fibers 3a. The reinforcing fibers 3a are made of fibers constituting a normal FRP, such as glass, carbon, and aramid fibers.
[0018]
The preform 2 contains a cured thermoplastic resin 5. The thermoplastic resin 5 functions as a glue for adhering the adjacent sheet portions 3 and maintaining the shape of the laminate 4 in a predetermined shape.
[0019]
The thermoplastic resin 5 is not particularly limited as long as it has the above-mentioned function, but the thermoplastic resin 5 has a low crystallinity such as nylon (PA), polyvinyl alcohol (PVA), polyetherimide (PEI), or the like. In addition, a resin having a high affinity with the FRP matrix resin such as an epoxy resin is preferable.
[0020]
In the preform 2, since the thermoplastic resin 5 having a small curing shrinkage is impregnated in the laminate 4, a thermosetting resin having a large curing shrinkage is injected into the preform 2 to produce an FRP product. Also, the occurrence of resin cracks can be sufficiently prevented, and a decrease in the mechanical strength of the FRP product can be sufficiently prevented. The melting and curing of the thermoplastic resin 5 can be freely adjusted only by heat. Therefore, even after the preform 2 is manufactured once, the shape of the preform 2 can be changed by heating, and the changed shape can be maintained by cooling. Therefore, for example, even if the shape of the preform 2 collapses during transportation, the preform 2 can be restored to the original shape by heating and cooling.
[0021]
Next, a method for manufacturing the above-described preform 2 will be described.
[0022]
As shown in FIG. 2, first, a plate 6 having a plurality of holes 6a is prepared. Then, a plurality of sheet portions 3 made of reinforcing fibers are laminated on the plate 6, and the laminate 4 is formed on the plate 6.
[0023]
Next, a plurality of hollow needles 7 are radiated perpendicularly to the laminate 4, and are pushed until their tips enter the holes 6 a of the plate 6, thereby causing the needles 7 to penetrate the laminate 4.
[0024]
Here, it is preferable that the plurality of needles 7 are fixed to one surface of the plate. In this case, a plurality of needles 7 can be collectively penetrated through the laminated body 4, and the operation of penetrating the needles 7 is performed more efficiently than a case where a plurality of needles 7 are penetrated through the laminated body 4 one by one. be able to.
[0025]
Next, a beam 8 made of a thermoplastic resin is made to penetrate the laminate 4. In this case, by inserting the beam 8 into the inside of the needle 7, a plurality of beams 8 penetrate the stacked body 4. Here, the number of the beams 8 penetrated through the laminate 4 depends on the amount of the thermoplastic resin contained per one beam and the total amount of the thermoplastic resin suitable for maintaining the shape of the laminate 4 in a predetermined shape. It is determined. Therefore, it is possible to impregnate the laminate 4 with the thermoplastic resin regardless of the skill level of the worker and without any excess or shortage.
[0026]
After the beam 8 has penetrated the laminate 4 in this manner, the needle 7 is pulled out of the laminate 4. Thereby, as shown in FIG. 3, a plurality of beams 8 pass through the stacked body 4 (beam penetration step).
[0027]
Next, the laminate 4 is given the general shape of the FRP product. Therefore, the laminated body 4 is arranged on a simple type, a core, or the like, and is heated to a temperature at which the beam 8 is softened without melting, and conforms to the general shape of the FRP product.
[0028]
Subsequently, the laminate 4 is hermetically sealed by covering the entire laminate 4 with a nylon bag or the like, and the beam 8 is heated and melted while reducing the pressure in the bag (melting step, shaping step). Thus, the laminate 4 is pressed by the bag to shape the laminate 4 into a desired shape.
[0029]
At this time, since the thermoplastic resin is in a molten state, the laminate 4 can be easily shaped. Here, since the melting and curing of the beam 8 is controlled only by the applied heat, the beam 8 maintains a molten state without being cured as long as heat is applied. Therefore, the resin is not cured before shaping as long as heat is applied to the beam 8, and the laminated body 4 can be shaped at an arbitrary timing after the beam 8 is melted.
[0030]
After shaping, the thermoplastic resin is cured by cooling the thermoplastic resin, and the cured thermoplastic resin holds the laminate 4 in the shape at the time of shaping. Further, since voids in the laminate 4 are filled with a thermoplastic resin having a small curing shrinkage, even if a thermosetting resin such as an epoxy resin is injected into the preform 2 to produce an FRP product, resin cracks may occur. Is sufficiently prevented, and a decrease in the mechanical strength of the FRP product can be sufficiently prevented.
[0031]
Next, a second embodiment of the method for manufacturing a preform according to the present invention will be described.
[0032]
The manufacturing method of the present embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment in that the beam 8 further includes a reinforcing fiber 9 along the extending direction thereof, as shown in FIG. In this case, the reinforcing fibers 9 are three-dimensionally woven into the laminate 4 by passing the beam 8 through the laminate 4.
[0033]
Conventionally, as a method of manufacturing a preform, a method of three-dimensionally knitting reinforcing fibers and making the shape substantially the same as the shape of the FRP product is also known, and large-scale dedicated equipment is required to implement this method. It took a lot of manufacturing time. However, by including the reinforcing fibers 9 in the beam 8 in the extending direction and penetrating the beam 8 through the laminate 4 as in the present embodiment, the reinforcing fibers are three-dimensionally woven into the laminate 4. Therefore, a three-dimensional reinforcing effect can be obtained. When the beam 8 is heated to the softening temperature of the thermoplastic resin, the shapeability is improved. For this reason, it is not necessary to braid the reinforcing fiber three-dimensionally and make it almost the same shape as the FRP product as in the conventional method, and it is not necessary to use a large-scale dedicated facility and a large amount of manufacturing time.
[0034]
Further, in the above-described conventional method, since the fibers are three-dimensionally entangled, a large void is formed between the fibers in the preform as compared with a case where the fibers are not three-dimensionally entangled. For this reason, when a thermosetting resin is injected into a preform to produce an FRP product, if the thermosetting resin has a large curing shrinkage, a resin crack may occur in that portion, and mechanical properties may be reduced. However, by heating and melting the beam 8 as in the present embodiment, the voids between the fibers in the laminate 4 can be filled with the thermoplastic resin. Even if the FRP product is manufactured by injecting, it is possible to sufficiently prevent the occurrence of resin cracks that affect the product strength.
[0035]
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above. For example, in the first and second embodiments, the needle 7 is used to penetrate the beam 8 through the laminate 4, but the needle 7 is used to facilitate the penetration of the beam 8. However, it is not always necessary in the preform manufacturing method of the present invention. Therefore, the beam 8 may directly penetrate the laminate 4.
[0036]
Further, in the above embodiment, the beam 8 penetrates the stack 4 vertically, but it is sufficient that the beam 8 penetrates the stack 4. Therefore, the beam 8 penetrates the stack 4 obliquely. May be.
[0037]
Further, in the above embodiment, the stacked body 4 is shaped while the beam 8 is heated and melted. However, the stacked body 4 may be shaped after the beam 8 is heated and melted.
[0038]
Further, in the above-described embodiment, a plurality of sheet portions 3 are stacked, but a plurality of sheet portions may be stacked by folding one sheet made of a reinforcing fiber and having a plurality of sheet portions. .
[0039]
Further, in the above-described embodiment, the preform 2 is manufactured by the RTM method. However, the preform 2 is not limited to the RTM method. It can be manufactured by a hand lay-up method of shaping the beam 8 while melting it.
[0040]
Next, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0041]
【Example】
(Example 1)
First, 20 carbon fiber plain weaves (300 mm × 300 mm) were prepared. In the carbon fiber plain weave, T300 3K was used as the carbon fiber, and the fold pitch was about 2 mm.
[0042]
On the other hand, a flat metal plate having a thickness of 10 mm and a plurality of prepared holes having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm was prepared. In the metal plate, a plurality of pilot holes were formed in a lattice shape, and the pitch of the pilot holes was 20 mm.
[0043]
Then, a carbon fiber plain weave laminate was placed on the metal plate.
[0044]
Further, a plate with a needle was prepared. In the plate with needles, a plurality of hollow needles were arranged in a grid on the plate, and the pitch of the needles was 20 mm. The outer diameter of the needle was 1.5 mm and the inner diameter was 1.1 mm. The needle-attached plate was pushed into the weave (the portion where warp and weft interlaced) with the needle facing the laminate side, and the needle-attached plate was pushed until the tip was inserted into the prepared hole of the metal plate.
[0045]
On the other hand, after the PA (nylon) raw material was melted, the raw material was extruded from a plurality of nozzles having a hole having an inner diameter of 1 mm, cooled, and cut into 4 mm to obtain a PA beam (φ1 mm, length 4 mm). Then, after inserting this beam into the needle, the plate with the needle was removed from the laminate.
[0046]
Subsequently, a metal plate preheated to 230 ° C. was pressed against the laminate for about 1 minute to heat and melt the beam, and then the metal plate was removed and cooled as it was to obtain an original preform. .
[0047]
This preform raw material was pressed against a male mold having a predetermined shape, heated with an iron, and shaped to obtain a preform. When the preform was left for one hour, the shape was hardly changed.
[0048]
Finally, the preform was placed in a predetermined mold, and after epoxy resin was injected, the preform was heated and cured to obtain an FRP having a predetermined shape. When the mechanical strength of this FRP was measured, the mechanical strength was 880 MPa in bending strength and 64 MPa in interlaminar shear strength, which were 33% and 41% higher than those coated with a rubber-based paste. The mechanical properties were based on JIS standards (bending: JIS K 7074, interlaminar shearing: JIS K 7078).
(Example 2)
Except that a carbon fiber in which the PA fiber is commingled (mixed) is formed through a die having a hole with an inner diameter of 1 mm and heated to 230 ° C. (pultrusion molding), and this is cut into 4 mm to obtain a beam. A preform was produced in the same manner as in Example 1. When the preform was left in the same manner as in Example 1, the shape was hardly changed.
[0049]
Using this preform, an FRP having a predetermined shape was produced in the same manner as in Example 1. When the compression strength after impact (CAI) as the mechanical strength of this FRP was measured, the CAI was about 400 MPa. In addition, the measurement of the compressive strength after impact was based on SACMA SRM2.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a preform for FRP of the present invention, the amount of thermoplastic resin suitable for maintaining the shape of the laminated body after shaping can be adjusted by the beam. Regardless of the degree, the thermoplastic resin can be impregnated into the laminate without excess or shortage. Therefore, even if a FRP product is manufactured by injecting a thermosetting resin into a preform, the occurrence of resin cracks can be sufficiently prevented, and a decrease in mechanical strength can be sufficiently prevented. In addition, since the melting and curing of the beam is controlled only by heat, it is possible to shape the preform at any timing as long as the beam is heated. Further, after shaping, the thermoplastic resin is cured by cooling, so that the preform can be maintained in a desired shape after shaping.
[0051]
In addition, according to the preform for FRP of the present invention, since the thermoplastic resin with small curing shrinkage is impregnated in the laminate, even if the thermosetting resin is injected into the preform to produce an FRP product, The occurrence of cracks can be sufficiently prevented, and a decrease in mechanical strength can be sufficiently prevented. Furthermore, the viscosity of the thermoplastic resin can be freely adjusted by heating and cooling. Therefore, once the preform is manufactured, the shape of the preform can be changed as many times as necessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one example of an FRP preform of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an initial step of a method of manufacturing a preform for FRP of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a state where a beam penetrates a laminate.
FIG. 4 is a partial sectional view showing another embodiment of the beam.
[Explanation of symbols]
2 ... preform, 3 ... sheet part, 4 ... laminate, 5 ... thermoplastic resin, 8 ... beam, 9 ... reinforcing fiber.

Claims (3)

強化繊維で作られた複数のシート部を含み且つ前記複数のシート部が積層されている積層体に対し、熱可塑性樹脂を含む複数本のビームを貫通させるビーム貫通工程と、
前記ビームを加熱して溶融させる溶融工程と、
前記積層体を整形する整形工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法。
A beam penetration step of penetrating a plurality of beams including a thermoplastic resin for a laminate including a plurality of sheet portions made of reinforcing fibers and laminating the plurality of sheet portions,
A melting step of heating and melting the beam,
A shaping step of shaping the laminate,
A method for producing a preform for fiber reinforced plastic, comprising:
前記ビームが、その延び方向に沿った強化繊維を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法。The method for manufacturing a preform for a fiber reinforced plastic according to claim 1, wherein the beam further includes reinforcing fibers along a direction in which the beam extends. 請求項1又は2に記載の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法により製造される繊維強化プラスチック用プリフォーム。A preform for a fiber-reinforced plastic manufactured by the method for manufacturing a preform for a fiber-reinforced plastic according to claim 1.
JP2002167452A 2002-06-07 2002-06-07 Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same Pending JP2004009601A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002167452A JP2004009601A (en) 2002-06-07 2002-06-07 Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002167452A JP2004009601A (en) 2002-06-07 2002-06-07 Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004009601A true JP2004009601A (en) 2004-01-15

Family

ID=30434693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002167452A Pending JP2004009601A (en) 2002-06-07 2002-06-07 Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004009601A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007518608A (en) * 2004-01-26 2007-07-12 サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン Stabilizable preform precursor and stabilized preform for composite materials, and method for stabilizing and reducing bulk of a preform
KR101281185B1 (en) 2010-05-26 2013-07-02 한국기계연구원 A method for manufacturing preform for composites having discontinuous reinforcements
WO2013140786A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-26 東レ株式会社 Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform
JP2017205977A (en) * 2016-05-20 2017-11-24 日産自動車株式会社 Preform, method for producing the preform, and fiber reinforced plastic using the preform.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63170440U (en) * 1987-04-28 1988-11-07
WO2000061363A1 (en) * 1999-04-08 2000-10-19 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Preform for composite material and composite material
JP2001511827A (en) * 1997-02-06 2001-08-14 サイテツク・テクノロジー・コーポレイシヨン Fiber material partially impregnated with resin
JP2002096413A (en) * 2000-09-21 2002-04-02 Toray Ind Inc Composite reinforced fiber base material and preform

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63170440U (en) * 1987-04-28 1988-11-07
JP2001511827A (en) * 1997-02-06 2001-08-14 サイテツク・テクノロジー・コーポレイシヨン Fiber material partially impregnated with resin
WO2000061363A1 (en) * 1999-04-08 2000-10-19 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Preform for composite material and composite material
JP2002096413A (en) * 2000-09-21 2002-04-02 Toray Ind Inc Composite reinforced fiber base material and preform

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007518608A (en) * 2004-01-26 2007-07-12 サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン Stabilizable preform precursor and stabilized preform for composite materials, and method for stabilizing and reducing bulk of a preform
KR101281185B1 (en) 2010-05-26 2013-07-02 한국기계연구원 A method for manufacturing preform for composites having discontinuous reinforcements
WO2013140786A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-26 東レ株式会社 Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform
JP2017205977A (en) * 2016-05-20 2017-11-24 日産自動車株式会社 Preform, method for producing the preform, and fiber reinforced plastic using the preform.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020201610B2 (en) Fabrication of composite laminates using temporarily stitched preforms
US5173227A (en) In-situ molding of fiber reinforced composites to net shape
EP3820664B1 (en) Methods for compression molding
EP0033244A2 (en) Fibre reinforced materials and methods of making and using them
US20120231202A1 (en) Molded carbon-fiber-reinforced plastic and process for producing same
JP5503481B2 (en) Wing-like structure using fiber-reinforced composite material and manufacturing method thereof
CN106103061A (en) For manufacturing the method for the parts being made up of composite, parts include that formation power inserts at least one part or local thickness's part of part
KR20150073709A (en) Basalt fiber reinforced composite material and manufacturing method thereof
CN109843529B (en) Fiber structures and 3D preforms for composite parts
JP4544266B2 (en) Fiber reinforced composite
JP2001064406A (en) Preform for fiber-reinforced preform and fiber- reinforced composite material using the same and production thereof
CN105538816A (en) Flaky molded material-prepreg mixed composite material and manufacturing method thereof
EP0185460A2 (en) Reformable composites and methods of making same
JP7344472B2 (en) Reinforced fiber tape material and its manufacturing method, reinforced fiber laminate and fiber reinforced resin molded product using reinforced fiber tape material
JP2004009601A (en) Preform for fiber reinforced plastic and method for producing the same
CN117015470A (en) Flat lightweight component and method for manufacturing same
JP7683217B2 (en) Carbon fiber tape material, and reinforced fiber laminate and molded body using the same
JP2013082229A (en) Reinforcing fiber laminate for rtm and preform
JP2024178180A (en) Method for preparing a sandwich-like composite material
JP4019822B2 (en) Manufacturing method of fiber reinforced composite material
KR20190055376A (en) Reinforcement member for car pillar and manufacturing method for the same
CN110116522B (en) Prepreg part comprising a main layer and a reinforcement layer
DE102011108287A1 (en) Fiber-reinforced plastic (FRP) composite component for fiber matrix semi-finished product used for motor vehicle, has component region with matrix material which is foamed to form deformation region
EP3737653B1 (en) Fiber reinforced materials with improved fatigue performance
DE102011117943A1 (en) Fiber-reinforced plastic composite component for use with fiber-matrix semi-finished product, has filler material made of hollow bodies embedded in matrix material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070206

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070605